CAD/CAE技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

宜萬(wàn)春

【摘 ?要】在國(guó)內(nèi)工業(yè)高速發(fā)展的今天，我們的機(jī)械以及模具等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也朝向多元化而且多功能的方向進(jìn)行發(fā)展，機(jī)械設(shè)備以及模具的制作難度持續(xù)提升，而且整體成本不斷提高?；跐M足市場(chǎng)整體需求的考量，進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)以及后期制作加工的整體難度。當(dāng)前背景之下，如何更好的應(yīng)用CAD/CAE技術(shù)來(lái)進(jìn)行機(jī)械以及模具的設(shè)計(jì)當(dāng)前已經(jīng)成為機(jī)械以及模具制造廠商的最佳選擇。文章以CAD/CAE技術(shù)在機(jī)械以及模具設(shè)計(jì)之中的以你夠用展開必要的分析，以供相關(guān)人員參考。

【關(guān)鍵詞】CAD/CAE 技術(shù);計(jì)算機(jī);模具設(shè)計(jì);機(jī)械設(shè)計(jì)

1.CAD/CAE技術(shù)

所謂的CAD技術(shù)是指立足于計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)開展實(shí)物模擬的技術(shù)手段之一，其能夠很好的進(jìn)行外形、質(zhì)感、結(jié)構(gòu)以及色彩等相關(guān)要素的，目前其在航天工業(yè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車制造以及印刷等行業(yè)都獲得了尤為廣泛的應(yīng)用。單純從產(chǎn)品上面來(lái)看，CAD技術(shù)具備模擬設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)修改、標(biāo)準(zhǔn)組件以及版本控制等等一系列功能。而CAE則是一種分析以及求解的方式，主要包括：彈塑模量、剛度以及動(dòng)力響應(yīng)等 相關(guān)的對(duì)象。當(dāng)前，我們?cè)谠O(shè)計(jì)領(lǐng)域最為常見的CAD/CAE軟件主要包括solidworks以及Pro/Engineer等等。而這其中Pro/Engineer所具備的最大優(yōu)勢(shì)就是其能夠開展高質(zhì)量的參數(shù)優(yōu)化工作，而且本身的建模功能也較為強(qiáng)大，在模具以及機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用尤為廣泛。

2.機(jī)械以及模具設(shè)計(jì)之中CAD/CAE技術(shù)的主要應(yīng)用方式分析

2.1機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中最主要的作用體現(xiàn)在零件的裝配以及設(shè)計(jì)上面。而后期在零件剛度、強(qiáng)度以及整體尺寸上面的相關(guān)要求則一人是依照傳統(tǒng)的計(jì)算方式來(lái)進(jìn)行確定。傳統(tǒng)的計(jì)算方式的計(jì)算量相對(duì)較大而且整體效率較低、設(shè)計(jì)的整體修改難度相對(duì)較大，整體效率明顯較低，對(duì)于保證計(jì)算整體結(jié)果而言較為不利，基于此引入了CAE技術(shù)。通過(guò)基于CAE技術(shù)本身所具備的強(qiáng)大計(jì)算以及求解的整體能力，針對(duì)熱傳導(dǎo)、剛度、強(qiáng)度以及彈塑模量等相應(yīng)指標(biāo)必須要開展科學(xué)性計(jì)算，通過(guò)其應(yīng)用能夠在很大程度上降低工作的整體數(shù)量以及保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確定，除此之外，通過(guò)CAE技術(shù)自帶的動(dòng)力以及靜力的分析功能，能夠?yàn)榱慵膹?qiáng)度設(shè)計(jì)提供必要的指導(dǎo)。通過(guò)在機(jī)械設(shè)計(jì)之中引入CAD技術(shù)能夠通過(guò)其本身強(qiáng)大的裝配功能來(lái)更好的展示出不同零件的拆卸以及組裝的全過(guò)程，在此過(guò)程之中，此種設(shè)計(jì)人員能夠很直觀的展示出其中的所有過(guò)程。尤其是在機(jī)械的組裝以及拆解的全過(guò)程之中，作為設(shè)計(jì)人員必須要全方位的了解整個(gè)過(guò)程。尤其是在組裝移機(jī)拆卸的全過(guò)程之中，通過(guò)應(yīng)用CAD技術(shù)能夠觀察整個(gè)過(guò)程，并且能夠進(jìn)行即時(shí)的控制。與此同時(shí)，通過(guò)裝配功能的應(yīng)用最終能夠生成完全不同的裝配順序，并且利用不同的裝配方案來(lái)從中選出最適合的裝配方案。

2.2CAD/CAE在模具設(shè)計(jì)之中的應(yīng)用分析

在整個(gè)模具設(shè)計(jì)工作之中，開模是其中尤為重要的工作之一，通過(guò)CAD/CAE 技術(shù)的應(yīng)用能夠在很大程度上提升開模工作整體的技術(shù)含量，并且保證整個(gè)開模工作的整體有效性。整個(gè)模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要包含：形狀、尺寸、精度以及厚度等相關(guān)方面，其中的內(nèi)容相對(duì)較為復(fù)雜。在整個(gè)開模設(shè)計(jì)過(guò)程之中，制口設(shè)計(jì)其中有位重要的環(huán)節(jié)指揮，通過(guò)三維造型軟件來(lái)進(jìn)行模型以及模具的制作，之后通過(guò)進(jìn)行模型元素的調(diào)整，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的應(yīng)用來(lái)完成整個(gè)的設(shè)計(jì)以及計(jì)算兩大工作。在開展具體設(shè)計(jì)過(guò)程之中，不僅需要充分考量設(shè)計(jì)的整體合理性，同時(shí)還應(yīng)該考量到其本身的力學(xué)性能，從而保證順利的完成開模工作。

2.3具體應(yīng)用實(shí)踐

通過(guò)在機(jī)械設(shè)計(jì)以及模具設(shè)計(jì)之中應(yīng)用CAD/CAE技術(shù)，能夠使得原本更加復(fù)雜的工業(yè)設(shè)計(jì)流程變的標(biāo)準(zhǔn)化以及流程化，并且能夠進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)的整體效率與質(zhì)量。下面筆者以模具設(shè)計(jì)作為具體的實(shí)例，針對(duì)CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐展開把要的研究以及分析。通常情況下模具是在高溫以及高壓的環(huán)境之下來(lái)進(jìn)行工作，例如冷擠壓模具本身是在高壓的工作狀態(tài)之下進(jìn)行工作，由此模具本身的強(qiáng)度以及剛度對(duì)于其本身而言尤為關(guān)鍵?；诖?，在進(jìn)行冷擠壓模具設(shè)計(jì)的過(guò)程之中，我們必須要針對(duì)剛度以及整體強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)的核算，從而更好的保證其整體質(zhì)量與安全，確保最終所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的整體要求。例如，在開展某一道冷擠壓工序的過(guò)程之中，我們通常會(huì)選擇15#鋼，而其外形則通常為圓筒結(jié)構(gòu)，而其內(nèi)部為鍵花槽孔，確保整個(gè)冷擠壓的過(guò)程能夠一次性成型。通過(guò)科學(xué)的進(jìn)行計(jì)算，此工序的加工制作胚料尺寸為45×231mm。基于保證模具本身強(qiáng)度的考量，我們?cè)谕瓿稍O(shè)計(jì)之后可以應(yīng)用UG軟件來(lái)進(jìn)行整體強(qiáng)度的核算工作。而具體強(qiáng)度的核算工作主要包括以下幾種類型：

（1）凸模設(shè)計(jì)。第一通過(guò)UG軟件本身所賦予的凹模材料本身的負(fù)載、屬性以及邊界等相應(yīng)的條件，以此為基礎(chǔ)來(lái)采用有限元方法來(lái)開展網(wǎng)格化的劃分。之后，通過(guò)具體條件來(lái)展開必要的計(jì)算以及分析，之后得出不同模具位置的整體應(yīng)力值。而其中最大的應(yīng)力值為364MPa。

（2）凹模設(shè)計(jì)。在開展前度的整體核算之前，必須要確定具體的應(yīng)力值，而相關(guān)應(yīng)力值的確定則是以過(guò)盈量來(lái)作為主要的依據(jù)。關(guān)于過(guò)盈量的數(shù)值確定主要通過(guò)應(yīng)用CAE軟件來(lái)進(jìn)行變形量的分析工作。通過(guò)將所得的過(guò)盈量與之前的開展必要的分析核對(duì)，確定其吻合性。之后通過(guò)針對(duì)此過(guò)程開展反復(fù)的操作，最終得出正確的預(yù)應(yīng)力結(jié)果數(shù)值。通過(guò)應(yīng)用此種方法最終得出筒型工序間本身的中圈變形量結(jié)果為0.24mm，內(nèi)圈的整體變形量則為0.07mm，而之前相對(duì)應(yīng)的整體應(yīng)力值則分別為600以及665MPa。

3 結(jié)束語(yǔ)

眾所周知，CAD/CAE 在機(jī)械設(shè)計(jì)以及模具的設(shè)計(jì)之中存在相對(duì)較大的優(yōu)勢(shì)，并且具備相對(duì)較為廣泛的應(yīng)用，通過(guò)此類軟件的應(yīng)用能夠很好的求解出機(jī)械以及模具設(shè)計(jì)當(dāng)中與熱力學(xué)以及結(jié)構(gòu)力學(xué)兩個(gè)方面的相關(guān)問(wèn)題，最終針對(duì)具備較高復(fù)雜性的零件進(jìn)行必要的分析以及模擬工作，并且將原本復(fù)雜的形狀以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，與此同時(shí)，還能夠達(dá)到提升整體設(shè)計(jì)質(zhì)量與產(chǎn)品整體優(yōu)化的關(guān)鍵作用。由于CAD/CAE在機(jī)械以及模具的水之中存在巨大的優(yōu)勢(shì)，以及良好的作用。在此前提之下，我們必須要將CAD/CAE充分的融入到設(shè)計(jì)之中，以求能夠進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)工作本身的高精度、復(fù)雜性以及多樣性設(shè)計(jì)的整體要求。

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（作者單位：無(wú)錫微研股份有限公司）